地?zé)峋疄V水管篩網(wǎng)擋砂效果研究

任小慶 高小榮

中石化綠源地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)有限公司, 陜西 咸陽(yáng) 712000

0 前言

我國(guó)地?zé)豳Y源量相對(duì)豐富[1],2017年1月,國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、國(guó)家能源局、國(guó)土資源部聯(lián)合下發(fā)《地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》,為地?zé)崮艿拈_(kāi)發(fā)利用指明了方向。在砂巖熱儲(chǔ)層的開(kāi)發(fā)過(guò)程中,熱儲(chǔ)層伴有不同程度的出砂現(xiàn)象,出砂量太大易造成生產(chǎn)管柱被埋、潛水泵葉輪砂卡等一系列生產(chǎn)、運(yùn)行問(wèn)題,但是如果過(guò)度強(qiáng)調(diào)防砂,濾網(wǎng)精度過(guò)高則又會(huì)影響地層出水量。

目前圍繞篩網(wǎng)擋砂效果的評(píng)價(jià)研究主要集中在石油行業(yè),許多專家學(xué)者從油氣井機(jī)械防砂理論出發(fā)，對(duì)擋砂介質(zhì)堵塞機(jī)制及堵塞規(guī)律、防砂擋砂材質(zhì)、擋砂介質(zhì)變形及擋砂精度變化規(guī)律、評(píng)價(jià)方法與標(biāo)準(zhǔn)等方面進(jìn)行了一系列研究[2-18],但油氣開(kāi)發(fā)與地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)相比,兩者儲(chǔ)層性質(zhì)、流體性質(zhì)、生產(chǎn)狀況差異明顯,出砂、防砂、擋砂的規(guī)律、方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)也不一樣。以往對(duì)地下水濾水管所用篩網(wǎng)僅對(duì)不同含水層不均勻系數(shù)條件下的非填礫過(guò)濾器包網(wǎng)網(wǎng)眼尺寸做了技術(shù)要求[19],對(duì)于深層地?zé)衢_(kāi)發(fā)僅對(duì)出水含砂量做了相關(guān)要求[20],對(duì)地?zé)峋Y管濾網(wǎng)擋砂效果影響因素未見(jiàn)有相關(guān)技術(shù)規(guī)范及研究成果。如何評(píng)價(jià)地?zé)峋Y管濾網(wǎng)擋砂效果,成為制定砂巖熱儲(chǔ)層地?zé)峋畽C(jī)械擋砂參數(shù)的一個(gè)重要技術(shù)問(wèn)題。鑒于此,在模擬地層條件下,針對(duì)濾水管篩網(wǎng)不同孔徑大小、層數(shù)、排列方式,分別在單層篩網(wǎng)、同精度篩網(wǎng)、不同精度篩網(wǎng)條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn),對(duì)隨液體流出的砂樣進(jìn)行激光粒度分析,對(duì)擋砂精度和影響效果進(jìn)行系統(tǒng)研究,給出地?zé)衢_(kāi)發(fā)條件下各主要因素對(duì)擋砂效果的影響結(jié)果。

1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)?zāi)M地層砂采用標(biāo)準(zhǔn)目數(shù)石英砂,根據(jù)實(shí)際熱儲(chǔ)層粒度分布特性及粒度特征值,經(jīng)過(guò)調(diào)整比例,配置后的石英砂與熱儲(chǔ)層粒度特征值相一致。實(shí)驗(yàn)用流體采用原井地?zé)崴?/p>

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

主要儀器和材料有:全自動(dòng)巖心流動(dòng)試驗(yàn)儀,音波振動(dòng)式篩分粒度儀,馬爾文激光粒度儀,壓力傳感器，流量計(jì)，數(shù)據(jù)采集器，石英砂，不同精度的濾水管篩網(wǎng)，高壓循環(huán)泵，固液分離裝置及其他附屬工具。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前,在巖心流動(dòng)儀內(nèi)裝入濾水管篩網(wǎng),在濾水管篩網(wǎng)外填入配置好的石英砂。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后,將地?zé)嵩ㄟ^(guò)高壓循環(huán)泵注入巖心流動(dòng)儀中,模擬地?zé)崴當(dāng)y帶地層砂進(jìn)入篩管的過(guò)程,流入巖心流動(dòng)試驗(yàn)儀后,將地?zé)崴八腆w顆粒進(jìn)行固液分離,將分離后的砂粒進(jìn)行烘干、稱重,并做粒度分析。分離后的地?zé)崴ㄟ^(guò)循環(huán)泵繼續(xù)循環(huán)。巖心流動(dòng)儀中設(shè)置有5個(gè)壓力傳感器,入口處1個(gè),出口處1個(gè),中間依次3個(gè)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程記錄篩管進(jìn)出口及中點(diǎn)壓力、出砂量及統(tǒng)計(jì)分析后的出砂粒徑等數(shù)據(jù)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

從單層篩網(wǎng)、同精度篩網(wǎng)層數(shù)、同精度篩網(wǎng)排列方式和不同精度篩網(wǎng)放置順序等方面對(duì)擋砂效果進(jìn)行研究。

2.1 單層篩網(wǎng)

實(shí)驗(yàn)所用填砂管總長(zhǎng)度60 cm(第1段10 cm、第2段20 cm、第3段20 cm、第4段10 cm),填砂管直徑3.8 cm,濾水管篩網(wǎng)選用0.05 mm(120目×1 100目)、0.10 mm(80目×400目)、0.15 mm(50目×270目)、0.20 mm(40目×200目)、0.25 mm(30目×150目)5種不同規(guī)格的篩網(wǎng),實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí),模擬流量為50 mL/min(相當(dāng)于日產(chǎn)液量60 m3/d)。

圖1 單層篩網(wǎng)精度與填砂管各點(diǎn)壓力的關(guān)系

圖2 單層篩網(wǎng)精度與填砂管各段滲透率的關(guān)系

圖3 不同精度單層篩網(wǎng)實(shí)驗(yàn)滲透率和采出液中含砂量

圖4 不同精度單層篩網(wǎng)實(shí)驗(yàn)流出激光粒度分析結(jié)果

2.2 同精度篩網(wǎng)層數(shù)

圖5 同精度篩網(wǎng)層數(shù)對(duì)滲透率和含砂量的影響關(guān)系

選用0.10 mm(80目×400目)、0.15 mm(50目×270目)、0.20 mm(40目×200目)三種不同規(guī)格的篩網(wǎng),以50 mL/min排量(相當(dāng)于100 m裸眼濾水管、日產(chǎn)液量60 m3/d)進(jìn)行多層(2層、3層、4層)篩網(wǎng)出砂驅(qū)替實(shí)驗(yàn),收集隨液體流出的砂樣并進(jìn)行激光粒度分析,實(shí)驗(yàn)條件:填砂管總長(zhǎng)度60 cm(第1段10 cm、第2段20 cm、第3段20 cm、第4段10 cm);填砂管直徑3.8 cm。多層篩網(wǎng)的放置角度為0°,也就是直接重疊放置。

表1同精度篩網(wǎng)層數(shù)對(duì)擋砂精度和含砂量影響程度

同精度篩網(wǎng)層數(shù)/層擋砂精度提高率/(%)含砂量減小率/(%)滲透率減小率/(%)1---24.227.030.4438.1913.41.72412.0123.54.67

2.3 同精度篩網(wǎng)排列方式對(duì)擋砂效果的影響

選用0.15 mm(50目×270目)篩網(wǎng),以50 mL/min排量(相當(dāng)于100 m裸眼濾水管、日產(chǎn)液量60 m3/d)進(jìn)行多層篩網(wǎng)(2層、3層)最佳排列方式出砂驅(qū)替實(shí)驗(yàn),收集隨液體流出的砂樣并進(jìn)行激光粒度分析,實(shí)驗(yàn)條件:填砂管總長(zhǎng)度60 cm(第1段10 cm、第2段20 cm、第3段20 cm);填砂管直徑3.8 cm。多層篩網(wǎng)排列方式:2層篩網(wǎng)的放置角度為0°+0°、0°+45°、0°+90°。3層篩網(wǎng)的放置角度為0°+0°+0°、0°+45°+90°、0°+60°+120°。

從表2同精度篩網(wǎng)排列方式對(duì)擋砂效果和滲透率的影響程度可見(jiàn),當(dāng)篩網(wǎng)層數(shù)固定時(shí),排列方式不同,對(duì)滲透率和含砂量影響不同,處于最佳排列方式時(shí),相對(duì)0°的排列方式含砂量和滲透率都減小,但含砂量減小幅度大,滲透率減小幅度小。

2.4 不同精度篩網(wǎng)放置順序

2.4.1 不同精度2層篩網(wǎng)放置順序

選用0.10 mm(80目×400目)、0.15 mm(50目×270目)、0.20 mm(40目×200目)三種不同精度篩網(wǎng),以20 mL/min排量(相當(dāng)于100 m裸眼濾水管、日產(chǎn)液量200 m3/d)進(jìn)行2層篩網(wǎng)放置順序出砂實(shí)驗(yàn),收集隨液體流出的砂樣并進(jìn)行激光粒度分析。

表2同精度篩網(wǎng)排列方式對(duì)擋砂效果和滲透率的影響程度

篩網(wǎng)精度及層數(shù)篩網(wǎng)精度層數(shù)/層排列方式滲透率/μm2含砂量/()粒徑/μm最大粒徑dmax粒度中值d500.15 mm(50×270)理論精度:69 μm123-1.4290.58159.149.620°+0°1.4250.52157.348.880°+45°1.3870.34146.444.620°+90°1.3450.25137.240.840°+0°+0°1.4110.33155.946.250°+45°+90°1.3770.27140.442.160°+60°+120°1.3410.18136.939.78

表3不同精度2層篩網(wǎng)放置順序?qū)跎靶Ч挠绊懗潭?/p>

篩網(wǎng)層數(shù)和精度層數(shù)/層組合方式/mm壓力/MPa滲透率/μm2含砂量/()粒徑/μmdmaxd5020.10(內(nèi))+0.15(外)0.126 31.1100.19106.519.250.15(內(nèi))+0.10(外)0.119 51.1670.22105.918.460.15(內(nèi))+0.20(外)0.112 01.2060.24156.847.670.20(內(nèi))+0.15(外)0.106 81.3920.29152.346.29

從表3不同精度2層篩網(wǎng)放置順序?qū)跎靶Ч挠绊懗潭瓤梢?jiàn),通過(guò)不同精度2層篩網(wǎng)在基管外放置順序?qū)嶒?yàn)發(fā)現(xiàn):對(duì)于內(nèi)層選用低精度而外層選用高精度篩網(wǎng),內(nèi)層篩網(wǎng)及支撐網(wǎng)內(nèi)幾乎沒(méi)有砂粒滯留,外層高精度篩網(wǎng)上有砂粒滯留;對(duì)于外層選用低精度篩網(wǎng)而內(nèi)層選用高精度篩網(wǎng),內(nèi)層和外層篩網(wǎng)上均有微量砂粒滯留。當(dāng)濾水管應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)時(shí)使用時(shí)間要比本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)間長(zhǎng)得多,微量的砂粒經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間積累會(huì)導(dǎo)致濾水管堵塞,因此,對(duì)不同精度的2層網(wǎng)篩網(wǎng),內(nèi)層(緊貼基管1層)選用低精度、外層選用高精度網(wǎng)布擋砂效果較好。

2.4.2 不同精度3層篩網(wǎng)放置順序

選用0.10 mm(80目×400目)、0.15 mm(50目×270目)、0.20 mm(40目×200目)三種不同精度篩網(wǎng),以50 mL/min排量(相當(dāng)于100 m裸眼濾水管、日產(chǎn)液量60 m3/d)進(jìn)行2層篩網(wǎng)放置順序出砂實(shí)驗(yàn),收集隨液體流出的砂樣并進(jìn)行激光粒度分析。

從表4不同精度3層篩網(wǎng)放置順序?qū)跎靶Ч绊懗潭瓤梢?jiàn),對(duì)于從基管往外采用由大尺寸(低精度)到小尺寸(高精度)排列的網(wǎng)布組合,內(nèi)層、中間層網(wǎng)布及支撐網(wǎng)內(nèi)幾乎沒(méi)有砂粒滯留,外層小尺寸(高精度)網(wǎng)布上有砂粒滯留。而對(duì)于外層選用大尺寸(低精度)網(wǎng)布,內(nèi)層選用小尺寸(高精度)網(wǎng)布的網(wǎng)片組合實(shí)驗(yàn),內(nèi)層網(wǎng)布和外層網(wǎng)布上均有微量砂粒滯留,當(dāng)濾水管應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)時(shí),其使用時(shí)間要比本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)間長(zhǎng)得多,微量的砂粒經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間積累會(huì)導(dǎo)致濾水管堵塞。因此,對(duì)不同精度的3層篩網(wǎng),內(nèi)層(緊貼基管一層)選用低精度網(wǎng)布、中間層選用中等精度網(wǎng)布,外層采用高精度網(wǎng)布擋砂效果較好。

表4不同精度3層篩網(wǎng)放置順序?qū)跎靶Ч挠绊懗潭?/p>

篩網(wǎng)層數(shù)和精度層數(shù)/層組合方式/mm壓力/MPa滲透率/μm2含砂量/()粒徑/μmdmaxd5030.10(內(nèi))+0.15(中)+0.20(外)0.1281.170.22103.916.60.20(內(nèi))+0.15(中)+0.10(外)0.1121.330.28104.217.3

3 結(jié)論

1)對(duì)于單層篩網(wǎng)擋砂效果進(jìn)行研究顯示,篩網(wǎng)的精度不是影響壓力和滲透率的主要因素,而是影響含砂量的主要因素。

2)當(dāng)篩網(wǎng)精度一定時(shí),篩網(wǎng)層數(shù)的增加對(duì)滲透率和含砂量影響較小,對(duì)擋砂精度影響較大,對(duì)流出砂最大粒徑基本沒(méi)有影響。當(dāng)篩網(wǎng)精度和層數(shù)固定時(shí),0°的排列方式下含砂量和滲透率都減小,但含砂量減小幅度大,滲透率減小幅度小。

3)不同精度2層篩網(wǎng),內(nèi)層選用低精度、外層選用高精度網(wǎng)布擋砂效果較好。對(duì)不同精度的3層篩網(wǎng),內(nèi)層選用低精度網(wǎng)布、中間層選用中等精度網(wǎng)布,外層采用高精度網(wǎng)布擋砂效果較好。